T.C.
SAKARYA ÜNĐVERSĐTESĐ
FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
YAPAY SĐNĐR AĞLARI YÖNTEMĐ ĐLE SIVILAŞMA
ANALĐZĐ VE ADAPAZARI ĐÇĐN ÖRNEK BĐR
UYGULAMA
YÜKSEK LĐSANS TEZĐ
Jeofizik Müh. Arzu DERE
Enstitü Anabilim Dalı : JEOFĐZĐK MÜHENDĐSLĐĞĐ
Tez Danışmanı : Yrd. Doç. Dr. Şefik RAMAZANOĞLU
Aralık 2009
ii
ÖNSÖZ
Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeofizik Mühendisliği Anabilim Dalı’
nda Yüksek Lisans tezi olarak hazırlanan bu çalışmanın amacı sıvılaşma potansiyelini belirlemede Yapay Sinir Ağları (YSA) yönteminin başarısını ortaya koymaktır.
Tez çalışmam boyunca bilgi ve deneyimlerini esirgemeyen danışman hocam Yrd.
Doç. Dr. Şefik RAMAZANOĞLU’ na teşekkür ederim. Tez çalışmamda ve eğitim hayatımda her zaman desteğini hissettiğim Arş. Gör. Fikret KURNAZ’ a ve tez çalışmasının temel konusunu oluşturan YSA yönteminin uygulanması ve analizlerin gerçekleştirilmesi aşamasındaki yardım ve katkılarından dolayı Doç. Dr. Alparslan Serhat DEMĐR’ e teşekkürü bir borç bilirim.
Tez çalışmasında kullanılan verilerin elde edilmesindeki yardımlarından dolayı başta Jeofizik Mühendisi Aslan YILMAZ olmak üzere Jeoloji Mühendisi Yasemin DÜZGÜN ve Adapazarı Büyükşehir Belediyesi Geoteknik Laboratuarı çalışanlarına teşekkür ederim.
Tez çalışmam süresince manevi olarak her zaman yanımda olan çalışma arkadaşım Çevre Mühendisi Mihrican ĐBRAHĐMOĞLU’ na, yazım aşamasındaki teknik yardımlarından dolayı arkadaşım Fatih YILMAZ’ a ve literatür kısmındaki tercüme yardımlarından dolayı Adnan CANSEVEN’ e teşekkürü borç bilirim.
Eğitim hayatım boyunca maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen ve duydukları gururu her zaman hissettiren başta ağabeyim Feyzullah DERE olmak üzere annem, babam ve tüm aileme sonsuz teşekkür ederim. Ayrıca başta tez çalışmamda olmak üzere hayatımın her aşamasında manevi desteğini esirgemeyen meslektaşım Ozan Kemal ÇELĐK’ e teşekkür ederim.
iii
ĐÇĐNDEKĐLER
TEŞEKKÜR... ii
ĐÇĐNDEKĐLER ... iii
SĐMGELER VE KISALTMALAR LĐSTESĐ... vi
ŞEKĐLLER LĐSTESĐ ... viii
TABLOLAR LĐSTESĐ... ix
ÖZET... x
SUMMARY... xi
BÖLÜM 1. GĐRĐŞ... 1
1.1. Literatür Çalışmaları……….…………. 2
1.2. Çalışma Alanının Tanıtılması………...……. 4
1.2.1. Adapazarı kenti coğrafi konumu ve genel özellikleri…….... 4
1.2.2. Literatürde Adapazarı zeminin genel özellikleri …..………. 5
1.2.3. Adapazarı jeomorfoloji ve jeolojisi…….……….. 8
1.2.4. Adapazarı tektoniği ve bölgesel faylar …...…….……… 11
1.2.5. Adapazarı zeminlerinin geoteknik özellikleri...………. 13
BÖLÜM 2. ZEMĐN SIVILAŞMASI….……… 20
2.1. Giriş….………. 20
2.2. Kumların Yükleme Altındaki Davranışı….……….. 22
2.3. Sıvılaşmaya Etki Eden Faktörler. ….………... 29
2.3.1. Zemin yapısı….…....………. 29
2.3.1.1. Relatif sıkılık……….. 29
2.3.1.2. Dane özellikleri…..………. 30
iv
2.1.1.3. Drenaj şartları... 31
2.3.1.4. Đnce tane oranı ve plastisite…...…………...……….. 31
2.3.1.5. Sismik geçmiş……… 32
2.3.1.6. Yatay toprak basıncı ve aşırı konsolidasyon oranı… 33 2.3.1.7. Gerilme altında kalma süresi………...……….. 33
2.3.1.8. Kritik boşluk oranı….……… 33
2.3.2. Dış Etkenler………..………. 34
2.3.2.1. Deprem büyüklüğü..…….…..………... 34
2.3.2.2. Deprem süresi………..…. 35
2.4. Sıvılaşmanın Neden Olduğu Zemin Problemleri……….. 35
2.4.1. Yanal yayılma….……..………. 35
2.4.2. Akma göçmesi ………..………… 36
2.4.3. Zemin yüzeyinde çökme-ayrılma ..………….……….. 37
2.4.4. Taşıma gücü kaybı…..………...… 38
2.4.5. Zemin oturması….………..………... 39
2.4.6. Kum kaynaması………. 39
2.5. Bir Zemin Tabakasında Sıvılaşma Potansiyelini Belirleyen Yöntemler……… 40
BÖLÜM 3. YAPAY SĐNĐR AĞLARI ……… 46
3.1. Giriş ………. 46
3.2. Yapay Sinir Ağı Nedir …... 47
3.3. Yapay Sinir Ağlarının Basit Yapısı …... 49
3.3.1. Biyolojik nöron... 49
3.3.2. Đşlemci (yapay) nöron …………..………... 51
3.4. Yapay Sinir Hücresinin Temel Elemanları …….….………... 52
3.4.1. Girişler... 52
3.4.2. Ağırlıklar …... 52
3.4.3. Toplama Đşlevi …... 52
3.4.4. Aktivasyon Fonksiyonları……… 53
3.4.5. Çıkış Đşlevi ……... 57
3.5. Yapay Sinir Ağlarının Yapısı …... 57
v
3.6.1. Đleri beslemeli ağlar………..………... 59
3.6.2. Geri beslemeli ağlar…….……… 60
3.7. Yapay Sinir Ağlarında Öğrenme..…..……….………. 60
3.7.1 Danışmanlı öğrenme ……… 61
3.7.1.1. Geri yayılımlı öğrenme algortiması………... 62
3.8. Yapay Sinir Ağlarında Test Aşaması……… 63
BÖLÜM 4. YAPAY SĐNĐR AĞLARI ĐLE SIVILAŞMA ANALĐZĐ…..………. 64
4.1. Veri Tabanının Oluşturulması………….……….…… 64
4.2. Yapay Sinir Ağı Yöntemi Đle Sıvılaşma Analizi……… 82
BÖLÜM 5. SONUÇLAR……….………. 99
KAYNAKLAR……….. 101
ÖZGEÇMĐŞ……….……….. 108
vi
SĐMGELER VE KISALTMALAR LĐSTESĐ
amax : Maksimum yer ivmesi
CB : Sondaj borusu çapına ait düzeltme faktörü CE : Tokmak enerji oranı düzeltmesi
CN : Örtü basıncı düzeltme katsayısı CR : Tij uzunluğu düzeltme faktörü
CS : Örnekleyicinin astarlı olup olmamasına ait düzeltme CRR : Zeminin sıvılaşmaya karşı devirsel dayanım oranı CSR : Deprem sırasında oluşacak devirsel gerilme oranı D10 : %10 geçen dane boyutu
D50 : %50 geçen dane boyutu Dr : Rölatif sıkıllık
e0 : Zeminin arazideki boşluk oranı ecr : Kritik boşluk oranı
emax : Zeminin en gevşek durumdaki boşluk oranı Emin : Zeminin en sıkı durumdaki boşluk oranı FL : Sıvılaşma güvenlik katsayısı
g : Yer çekimi ivmesi
K0 : Yanal toprak basıncı katsayısı LL : Likit limit
MSF : Magnitüt düzeltme katsayısı rd : Gerilme azaltma faktörü SPT : Standart penetrasyon testi
SPT-N : Standart penetrasyon testi darbe sayısı (N1)60 : Düzeltilmiş SPT değeri
YASS : Yeraltı su seviyesi
z : Yüzeyden sıvılaşan tabakaya derinlik
vii σ’ν : Düşey efektif gerilme τmax : Maksimum kayma gerilmesi
viii
ŞEKĐLLER LĐSTESĐ
Şekil 1.1. Çalışma Alanı Yer Bulduru Haritası ... 5
Şekil 1.2. Adapazarı’ nın KD-GB uzanımlı morfolojik görünümü ... 9
Şekil 1.3. Adapazarı Merkez Jeoloji Haritası ... 10
Şekil 1.4. Adapazarı ve Çevresi Neotektonik Haritası ... 12
Şekil 1.5. Adapazarı Mahalle Haritası ... 14
Şekil 1.6. Belli Derinliklerde Adapazarı Zemin Haritası ... 15
Şekil 2.1. Sarsıntı Sonucunda Zemin Numunelerinde Meydana Gelen Değişme ... 21
Şekil 2.2. Kumlarin Gerilme Altındaki Davranışı ... 24
Şekil 2.3 Zeminlerin Granülometri Eğrileri ... 30
Şekil 2.4. Yanal Yayılmanın Şematik Gösterimi ve Bir Örnek ... 36
Şekil 2.5. Akma Göçmesinin Şematik Gösterimi ve Bir Örnek ... 37
Şekil 2.6. Zeminde Çökme-Ayrılma Şematik Gösterimi ve Bir Örnek ... 38
Şekil 2.7. Taşıma Gücü Kaybının Şematik Gösterimi ve Bir Örnek ... 38
Şekil 2.8. Kum Kaynamasına Örnekler ... 39
Şekil 2.9 Zeminde Oluşan Kayma Gerilmesinin Şematik Gösterimi ... 41
Şekil 2.10 Sıvılaşma Direnci-Standart Penetrasyon Darbe Sayısı Đlişkisi ... 44
Şekil 3.1 Biyolojik Nöron Yapısının blok diyagramı. ... 50
Şekil 3.2 Biyolojik Nöronun Basit Yapısı ... 50
Şekil 3.3 Tipik Bir Ağ Modeli ... 51
Şekil 3.4 Örnek Bir Sinir Ağı Modeli ... 51
Şekil 3.5 Simetrik Eşik Transfer Fonksiyonları ... 54
Şekil 3.6 Tek Kutuplu Eşik Transfer Fonksiyonu ... 55
Şekil 3.7 Çift Kutuplu Eşik Transfer Fonksiyonu ... 55
Şekil 3.8 Lineer Transfer Fonksiyonu ... 56
Şekil 3.9 Log-Sigma Transfer Fonksiyonu ... 56
Şekil 3.10 Hiperbolik Tanjant Transfer Fonksiyonu ... 57
Şekil 3.11 Çok Katmanlı Bir Sinir Ağı Yapısı ... 58
ix
Şekil 3.12 Đleri Beslemeli Sinir Ağlarının Basit Yapısı ... 59
Şekil 3.13 Geri Beslemeli Sinir Ağlarının Basit Yapısı ... 60
Şekil 3.14 Danışmanlı Öğrenme Sisteminin Şematik Gösterimi ... 61
Şekil 3.15 Geri Yayılım Ağı ... 62
Şekil 4.1 Çalışma Alanı Yer Bulduru Haritası ve Sondaj Lokasyonları ... 65
Şekil 4.2 SPT-Dr Arasındaki Đlişki ... 74
Şekil 4.3. Oluşturulan Ağ Modeli Sematik Gösterimi ... 92
x
TABLOLAR LĐSTESĐ
Tablo 1.1. Adapazarı kenti hasar durumu ... 18
Tablo 1.2. TS 1500/2000 Hükümlerine göre örnek bölgelerdeki mevcut zemin sınıfı ... 19
Tablo 2.1 Yer ivmesi, rölatif sıkılık ve sıvılaşma potansiyeli arasındaki ilişki ... 30
Tablo 4.1. Veri Tabanını Oluşturan Parametreler ... 66
Tablo 4.2. SPT’ ye Bağlı Sıvılaşma Analiz Sonuçları ... 75
Tablo 4.3. Normalizasyon Đşlemi Sonrası Elde Edilen Veri Tabanı ... 83
Tablo 4.4. YSA çıkış verileri ... 93
Tablo 4.5. Analiz Performansı Tablosu ... 96
xi
ÖZET
Anahtar Kelimeler: Sıvılaşma Potansiyeli, Zemin Sıvılaşması, Deprem, Yapay Sinir Ağları
Depremler sırasında ortaya çıkan en yıkıcı zemin davranışlarından biri sıvılaşmadır.
Sıvılaşma olayının insan hayatı ve yapılar üzerine olan olumsuz etkisi nedeni ile bu konuda yapılan çalışmalar günden güne artmaktadır. Kum ve siltli kumdan oluşan zeminlerde deprem süresince oluşan sıvılaşma potansiyelini belirlemek amacıyla arazi ve laboratuar çalışmalarından elde edilen sonuçlar yardımıyla çeşitli analiz yöntemleri geliştirilmiştir.
Çalışmada Adapazarı zeminleri üzerinde meydana gelen sıvılaşma potansiyelini belirlemeye yönelik olarak basitleştirilmiş prosedür ve “Yapay Sinir Ağı” (YSA) yöntemleri kullanılarak sıvılaşma analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlarla YSA yönteminin sıvılaşma potansiyelini belirlemedeki başarısı ortaya koyulmaya çalışılmıştır.
YSA yöntemi ile yapılan sıvılaşma analizinde, geri yayılım algoritması kullanılmış olup model gerçek arazi verileri ile oluşturulmuştur. Pilot bölge olarak 17 Ağustos 1999 Marmara depreminde ağır hasarlar alan bölgelerden biri olan Yenigün Mahallesi seçilmiştir ve yapılan tüm analizlerde dinamik yükler altındaki kumlu zeminler dikkate alınmıştır.
x
LIQUEFACTION ANALYS WITH ARTIFICIAL NEURAL
NETWORK METHOD: SAMPLE APPLICATION FOR THE
ADAPAZARI
SUMMARY
Key Words: Liquefaction potential, Soil Liquefaction, Earthquake, Artifical Neural Network
The most destructive ground response which appears during the earthquakes is the liquefaction. Due to its negative effect for human life and buildings, studies on the liquefaction are increasing day by day.
Different analysis methods have been developed by means of field studies and in laboratory environments, in order to determine liquefaction potential on grounds which are having sand and silty sand during the earthquakes.
In this research, liquefaction analyses have been realized by using simplified procedure and Artificial Neural Network methods on grounds of Adapazarı to determine liquefaction potential. Aim of this study is testifying of success for Artificial Neural Network to determine liquefaction potential.
For liquefaction analysis with Artificial Neural Network method, backpropagation algorithm has been used and the model has been generated with real field data. As a pilot region, Yenigün district, which was one of the places that had been severely damaged by the August 17, 1999 Marmara earthquake, has been chosen and sandy grounds under dynamic forces have been considered for the all analysis.
BÖLÜM 1. GĐRĐŞ
Sıvılaşma, suya doygun, gevşek, kumlu ya da düşük plastisiteli, kohezyonsuz zeminlerin dinamik ya da statik yükler altında boşluk suyu basıncındaki artışın bir etkisiyle geçici olarak kayma direncini kaybetmesi ve efektif gerilmenin sıfırlanması olarak tanımlanabilir (Tezcan, 2004). Sıvılaşma, bahsi geçen zeminler üzerinde bulunan yapılarda hasara yol açan en önemli ikincil deprem etkisidir. Sıvılaşma sonucunda yapılarda batma, çökme, devrilme ve yana yatma gibi hasarlar meydana gelmektedir. Bu hasarlar, çok büyük can ve mal kayıplarını da beraberinde getirmektedir.
Sıvılaşmanın yol açtığı bu büyük kayıplar araştırmacıların sıvılaşma konusuna olan ilgisini de beraberinde getirmiştir. Sıvılaşma problemine gösterilen ilgi, dünyada; 27 Mart 1964’ te meydana gelen Alaska ( Amerika Birleşik Devletleri ) ve 16 Haziran 1964’ te meydana gelen Niigata ( Japonya ) depremlerinden sonra (Kramer, 1996), Türkiye’ de ise 17 Ağustos 1999 Marmara depreminden sonra yoğunluk kazanmıştır (Ulusay ve diğ. 2000) .
Casagrande (1936), sıvılaşma olgusunu kritik boşluk oranı kavramı ile açıklamaya çalışmıştır. Çalışmasında herhangi bir kum yatağının boşluk oranının, kritik boşluk oranından büyük olması durumunda deprem sırasında hacminin azaldığını öne sürmüştür. Eğer kum drenajsız ise, boşluk suyu basıncının artışı ile beraber sıvılaşma riski de artmaktadır. Daha sonra yapılan çalışmalar Casagrande (1936) tarafından verilen etken faktörün (kritik boşluk oranı) dışında, zeminin türü ve yapısal özellikleri, deprem büyüklüğü ve şiddeti, sismik özellikleri gibi etkenlerin de sıvılaşmada etkili olduğunu ortaya koymuşlardır (Ural D. ve Saka, 1998).
Yapılan araştırmalar sonucunda sıvılaşma potansiyelini belirlemeye yönelik olarak çeşitli araştırmacılar tarafından çeşitli analiz yöntemleri geliştirilmiş ve bu yöntemler
2
iki gruba ayrılmıştır. Đlk grup (Seed ve Idriss, 1967, 1971) arazide gözlemlenen tahmini kayma gerilmesi sayısının deprem tasarımında kullanılmasıdır. Elde edilen sonuçlar laboratuar sonuçları ile karşılaştırılarak sıvılaşma potansiyeli yüksek olan bölgeler belirlenmeye çalışılmaktadır. Đkinci grupta ise arazinin geçmiş depremlerdeki dayanıklılığı gözlemlenmektedir (Seed ve diğ, 1985; Figueora, 1994).
Deprem karakteristiği ve SPT’ den elde edilen zemin direnci ile çeşitli zeminler için ampirik korelasyonlar verilmektedir (Ural D. ve Saka, 1998).
Bu tez çalışmasında yeni gelişmekte olan ve mühendislik alanında geniş bir uygulama alanı bulan Yapay Sinir Ağları (YSA) yöntemi ile sıvılaşmayı etkileyen zemin parametreleri incelenmiş ve sıvılaşma potansiyeli belirlenmiştir.
1.1. Literatür Çalışmaları
Hem laboratuar deneylerine dayalı, arazi-davranış modellemeleri ile tekrarlı gerilmelerin elde edildiği ileri dinamik analizlerinde; hem de yine bu tekrarlı gerilmelerin ampirik olarak belirlendiği yine arazi deneylerine dayalı basitleştirilmiş metotlarda çeşitli belirsizlikler nedeniyle, sıvılaşmaya yol açan tekrarlı gerilmelerin doğru olarak elde edilmesinde bazı güçlükler vardır. Bu nedenlerden dolayı, kohezyonsuz zeminlerin sıvılaşma potansiyelini belirlemek için, istatistiki metotlarla, son zamanlarda zemin mühendisliğinde, uygulama alanı bulan yapay sinir ağları, genetik algoritma ve bulanık mantık metotları geliştirilmiştir (Goh, 1994; Toll, 1966). Bu metotlarda tekrarlı kayma gerilmelerinin kullanımına direkt ihtiyaç duyulmamaktadır. Đstatistiki metotlarda;
Dr %, SPT ve sıvılaşma %.si arasında istatistiki ilişkiler oluşturulmuştur (Christian, 1975; Liao vd., 1988). Bu ilişkilerde; parametrelerin ve değişkenlerin normal olarak dağılımı gibi veya sıvılaşma ve sıvılaşmama durumlarının bireysel varyans ve kovaryanslarının, beraber alınan bütün durumlar için aynı olduğu şeklinde kabuller yapılmaktadır (Christian, 1975).
Yapay sinir ağları ile sıvılaşma potansiyelinin tespitinde, bilgisayar programları ve gerçek arazi kayıtları kullanılmaktadır. Klasik, kompleks matematiksel modellerin yerine, yapay sinir ağları metodu kullanılırsa, bir çok değişkene sahip kompleks
ilişkileri, kolayca değerlendirmek mümkün olmaktadır. Yapay sinir ağları ile sıvılaşma potansiyelinin tahmin çalışması, ilk olarak Goh (1994) tarafından yapılmıştır. Goh (1994) ve Seed (1985) çalışmalarında; sıvılaşmaya etken benzer parametreler kullanmışlardır. Bunlar; SPT değeri, ince tane oranı, D50 tane boyutu, eşdeğer dinamik gerilme oranı (τav/σ′0), toplam düşey gerilme (σ0), efektif düşey gerilme (σ′0), deprem magnitütü (Mw) ve zemin yüzeyindeki maksimum yatay deprem ivmesi (amax) dır. Bu parametrelerin içinde; SPT değerleri ile, ince tane oranı sonuçları en çok etkileyen parametreler olarak verilmiştir. (Goh, 2002)
Ural D. ve Saka (1998) yapmış oldukları çalışmada, sıvılaşma potansiyelini belirlemek için sismik ve zemin parametrelerini kullanarak Yapay Sinir Ağı (YSA), yöntemini kullanmışlardır. Çalışmalarında geri yayılımlı sinir ağını ve öğrenim algoritmasını kullanmışlardır. Giriş olarak 11 tane sismik ve zemin parametresini seçerek 7 farklı model oluşturmuşlardır. Çalışma neticesinde elde ettikleri sıvılaşma sonuçlarını geleneksel analiz sonuçları ile karşılaştırmışlar ve YSA’ nın sıvılaşma analizlerindeki başarısını ortaya koymuşlardır.
Juang ve diğ, (1999) çalışmalarında, kumlu zeminlerin sıvılaşma potansiyelini değerlendirmek için koni penetrasyon testlerine (CPT) dayanan iki yöntemi incelemiş ve bu metotlar YSA ile elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar YSA’ nın sıvılaşma potansiyelini değerlendirmedeki başarısını ortaya koymuştur.
Wang ve Rahman (1999), sıvılaşmadan kaynaklanan düşey yer değiştirmeyi tahmin etmek için geri yayılımlı bir sinir ağı modeli oluşturmuşlardır. Veri tabanını 8 büyük deprem verisini kullanarak oluşturmuşlardır. Oluşturdukları YSA modeli ile literatürdeki ampirik ifadeleri ve gerçek değerleri kıyaslamışlar ve YSA’ nın daha basit bir yöntem olduğunu ve daha güvenilir sonuçlar verdiğini göstermişlerdir.
Goh (2001), penetrasyon testi ve kayma dalga hızı verilerini kullanarak sıvılaşma potansiyelini değerlendirmiştir. Bu yöntemlerle elde ettiği sonuçları YSA ile oluşturduğu olasılıksal ağ modeli ile elde ettiği sonuçlarla kıyaslamış ve YSA’ nın geleneksel yöntemlerden daha iyi sonuçlar verdiğini ortaya koymuştur.
4
Juang ve diğ. (2001), YSA ile sıvılaşmanın yol açtığı yatay yer değiştirmeleri hesaplamaya yönelik bir çalışma yapmışlardır. Çalışmalarında sıvılaşmanın neden olduğu yatay yer değiştirmeyi tahmin etmek için arazi verilerini temel alan sinir ağı modelleri oluşturmuşlardır. Sinir ağının oluşturulmasında ve analizlerde toplam 444 tane veri kullanmışlar ve oluşturulan modelin şimdiye kadar kullanılan yöntemlerden daha üstün olduğunu ortaya koymuşlardır.
1.2. Çalışma Alanının Tanıtılması
1.2.1. Adapazarı kenti coğrafi konumu ve genel özellikleri
Adapazarı Sakarya ilinin merkez ilçesi olup Marmara Bölgesi’ nin kuzey doğu bölümünde yer almaktadır (Şekil 1.1). Sakarya ilinin adı buradan geçen Sakarya Nehri (tarihi Sangaria Nehri)’ nden gelmektedir.
Çalışma alanını kapsayan Adapazarı kentinin izdüşüm alanı 4.821 km2 olup gerçek alanı 5.015 km2’ dir. Đl merkezi Adapazarı, yakınındaki büyük merkez Đstanbul’ a göre 1° 25’ doğudadır. Denizden yüksekliği ortalama 30-31 m’ dir. Yakınındaki en yüksek tepesi 1720 m. Đle Keremali Dağı üzerindeki Dikmen tepesidir.
Adapazarı merkez, Akyazı ve Hendek ilçeleri Akova adıyla anılan Sakarya nehrinin aşağı bölümünde, Geyve ve Pamukova ilçeleri ise Bolu dağlarının Geyve çukurluğunda meydana getirdiği Pamukova düzlüğünde kurulmuşlardır.
Đlin başlıca gölleri Sapanca, Taşkısığı, Poyrazlar, Akgöl, Gökçeören ve Acarlar’ dır.
Akarsuları 159 km. uzunluktaki Sakarya nehri ile ona karışan Mudurnu Çayı ve Sapanca Gölü’ nün ayağını teşkil eden Çark suyudur.
Şekil 1.1 Çalışma Alanı Yer Bulduru Haritası
Adapazarı; Akova adı ile anılan düzlükte, Sakarya Havzası’ nın aşağı kısmındadır.
Doğudan Çamdağı, güney ve güneydoğudan Samanlı dağları, kuzeyden Karadeniz ile sınırlanan Adapazarı’ nın batıda belirgin bir sınırı yoktur.
1.2.2. Literatürde Adapazarı zeminin genel ozellikleri
Tchihatcheff (1867-1869) Düzce ile Adapazarı arasındaki Hendek oluğunu ele alarak bu kısmı eski bir vadi tabanı olarak açıklamış ve burada bulunan çakıllı depoların Kuvaterner yaşlı olduklarını ileri sürmüştür. Tchihatcheff, Sapanca’ dan çıkıp Beşköprü vadisini takip eden Çark suyunun vadi ile ilgili problemlerine değinmiş ve eski tarihçilerin bilgilerini nakletmiştir.
SAKARYA
6
Đlk kez Andrussow (1980, Bol, 2003’ e göre) tarafından ileri sürülen Karadeniz’ in Pleyistosen devrinin farklı dönemlerinde “Đzmit Kanalı” olarak adlandırılan su yolu ile Aşağı Sakarya Vadisi – Sapanca Gölü – Đzmit Körfezi boyunca Marmara Denizi’
ne bağlı olduğu görüşü, 1990-1995 yılları arasında yapılması planlanan Đzmit Köprüsü nedeniyle deniz ve karada yapılmış 9 sondajdan derlenen 168 örneğin incelenmesi sonucu destek kazanmıştır (Meriç, 1997).
Peck (1918), Đzmit – Sapanca oluğuna temas etmekte ve burada yerli kayanın yükselmesiyle meydana gelmiş bir eşiğin gölü Đzmit Körfezi’ nden ayırdığını söylemektedir. Peck’ te bu eşiğin Kuvaterner’ de oluştuğunu ileri sürmektedir.
Phannenstiel (1944), Đzmit Körfezi ile Karadeniz arasında uzanan Sapanca oluğu – Adapazarı Havzası – Aşağı Sakarya Vadisi’ ni takiben alçak bir bağlantı sahasının Kobelt (1898) tarafından tespit edildiğini öne sürmüştür. Bu araştırmacıya göre Sapanca oluğu ve Adapazarı depresyonu hatta eşik sahasındaki ovalar muhtemelen çeşitli faylardan oluşan kenarlarla sınırlanmış çöküntü sahası durumundaydı. Daha sonra Üst Diluvium (Pleistosen)’ da bu sahalar boyunca bağlantı kesilmiş ve Sapanca gölü kalıntı bir deniz parçası halinde oluşmuştur. Yöredeki Kuvaterner Holosen ve Pleistosen’ i içermekte ancak bunlar karşılıklı olarak alüviyum ve diluviyum olarak adlandırılmaktadır.
Lahn (1948), Rish (1909)’ in önerisini hemen hemen tamamen benimsemektedir.
Ona göre Sapanca Gölü, Neojen sonlarına doğru veya Kuvaterner başlarında oluşmakta olan çökmelerle ilgili olarak doğuya doğru uzanan deniz kolunun, kuzey ve güneydeki yüksek sahalardan gelen akarsuların alüvyonları ile bölünmesi sonucu oluşmuş bir baraj gölüdür. Gölün bulunduğu alan bir graben sahasıdır. Bu araştırmacıya göre bölgeye giren deniz kolu muhtemelen Adapazarı ovasını da kapsamaktaydı. Böylece Sakarya Nehri Đzmit Körfezi’ ne akıyordu. Sapanca Gölü’
nün Körfez’ den ayrılmasından sonra da Sakarya’ nın buraya aktığını daha sonra Sapanca doğusunun alüvyonla dolması ve Karadeniz’ in Adapazarı Havzası’ nı kapaması sonucu Sakarya’ nın Karadeniz’ e kadar uzandığı sonucuna varmıştır.
Sapanca Gölü’ nden çıkan Çarksuyu, Sakarya’ nın alüvyonları sebebiyle ancak 30 km. sonra kuzeyde bu nehirle birleşmektedir.
Erinç (1949), Sapanca Gölü’ nün derinlik haritasını ilk defa yapmış ve morfometrik özelliklerini ortaya çıkarmıştır. Buna göre yüzölçümü 46,9 km2 olan Sapanca Gölü’
nün en fazla derinliği 61 m.dir. Göl tabanı, kuzeydoğu ve özellikle batıda eş derinlik eğrilerinin gidişinde girinti ve çıkıntıların bulunmasıyla burada sular altında kalmış bir vadi görünümü sergilemektedir.
Đnandık (1952-1953)’ a göre Adapazarı ovası ve Sapanca Gölü’ ne karşılık gelen sahalar bölgenin en alçak kısımlarını teşkil ediyordu. Bu çukur alanlarda çevredeki yüksek alanlardan gelen materyallerin biriktirildiği sığ tatlı su gölleri bulunuyordu.
Bu araştırmacıya göre daha önce batıya akmakta olan Sakarya Nehri’ nin yatağı sonradan alüvyonlarla dolmuştur. Sakarya Nehri de alüvyonlaşmanın akışı önlemesiyle, kuzeydeki bir vadiden istifade ederek Karadeniz’ e yönelmiştir.
Tanoğlu ve Erinç (1956)’ e göre Pleistosen sırasında Sakarya Nehri, Karadin Vadisi’
ni takiben Đznik Havzası’ na ve bu havzayı takiben de batıya Gemlik Körfezi’ ne doğru akıyordu. Ancak bu çalışmadan iki yıl sonra Erinç (1958), yapmış olduğu Karadeniz denizaltı morfolojisine dair yazısında, Sakarya’ nın denizaltı vadisi üzerinde durarak, bu akarsuyun daha önce de Karadeniz’ e aktığı görüşüne katılmıştır. Ancak Bilgin (1967), Samanlı dağları ile ilgili yaptığı çalışmada, Sakarya Nehri’ nin Tanoğlu ve Erinç (1956)’ in dediği gibi Pleistosen’ de Gemlik Körfezi’ ne boşalıyor olması tezinin kabulü ile Geyve Boğazı ve Adapazarı Ovası’ nın oluşum mekanizmasını açıklamanın güç olacağını belirtmiştir.
Bilgin (1984)’ e göre Adapazarı Ovası’ ndan geçen Sakarya Nehri’ nin, Geyve Boğazı’ ndan çıktıktan sonraki esas uzanışı kuzeydoğu olan 1.5 km.ye yaklaşan bir menderes kuşağına sahip olduğunu belirtmiş, aynı zamanda Sakarya’ nın, özellikle menderes oluşturduğu kısımlarda yakın zamanlarda meydana gelen yatak değişikliklerini göstermiştir. Ancak Sakarya’ nın bugünkü ova dolgusunu meydana getirirken ovanın değişen kısımlarından aktığını belirtmiştir. Sakarya ovada bazen menderesler yaparak bazen de çapı 500 m.ye ulaşan büklümler çizerek kuzeye doğru akmaktadır. Nehrin yüksek boşalımlı olmasından dolayı ve sellenmeyi önleyecek az miktarda bitki örtüsü bulunması sebebiyle ova aşırı hacimde çökelle doludur.
Araştırmacı ayrıca Sakarya Nehri’ nin Geyve Boğazı’ ndan ani olarak çıkışından
8
sonra düz olan Adapazarı ovasına ulaşarak hızını kaybettiğini ve bu esnada çakıl, kum, kil ve silt malzemeleri ovaya bıraktığını daha sonra yatağın gittikçe dolması sonucu azalan akım hızının ise kil ve silt istiflerinin birikmesine yol açtığını belirtmiştir.
Gökçen (1990), Bilgin (1984)’ in görüşünü desteklemiştir. Eski çağlarda ovanın insansız olduğu pek çok araştırmacı tarafından yinelemektedir. Bunun nedeni olarak Sakarya Nehri’ nin ilkbaharda karların erimesi ve yağmur sularının fazlalaşması üzerine kabarıp 1965’ e kadar ovayı basması gösterilmektedir. Mart ve Nisan aylarında ovadaki taban suyunun da yüksek olması sebebiyle taşkın sularının çekilmesinden sonra bölgede uzun süre su birikintileri ve bataklıklar bulunmaktaydı.
Kentte günümüzde bile ikbahar ve kış aylarında yer altı su seviyesi yer yer yüzeye çıkabilmektedir. Balcıoğlu ayrıca suların bol olduğu mevsimde Karasu ile Adapazarı arasında nehir yoluyla taşımacılık yapıldığı ve bunun 1960’ lara kadar sürdüğünü bildirmiştir. Gökçekaya ve Sarıyar barajlarının kurulmasıyla nehrin her iki yanına setler yapılmış ve nehir kontrol atına alınarak ovada alüvyon birikimi kontrol atına alınmıştır. (Sünbül, 2004)
1.2.3. Adapazarı jeomorfoloji ve jeolojisi
Sakarya ili sınırları içerisindeki ovalar genellikle akarsu karakterli alüvyon ile doludur ve morfolojinin %22 sini ovalar oluşturmaktadır.
Adapazarı ovası (Akova), aşağı Sakarya vadisinde, Sapanca Gölü ile Adapazarı merkez ve doğusunda yer alır. Şekil 1.2’ de görüldüğü gibi Adapazarı havzasını güneyden sınırlayan yüksek kısımlar genelde E-W uzanımlı olup bu uzanımın batı kısmını Samanlı Dağları, doğu kısmını ise Keremali-Karadağ Dağları oluşturmaktadır. Doğuda Keremali Dağı eteklerine kadar uzanan Akova, Marmara Bölgesi’ nin en büyük ovalarından biridir. Yüzölçümü 650 km2 olan ovanın batı- doğu yönünde uzunluğu 27 km, kuzey-güney yönünde genişliği ise 23 km.yi bulmaktadır. Yüksekliği yaklaşık olarak 30 m. olan ovaya, çevredeki dağlardan sırtlar sokulmakta ve bazı alanlarda tepecikler oluşturmaktadır (Sünbül, 2004).
Şekil 1.2. Adapazarı’ nın KD-GB uzanımlı morfolojik görünümü (MTA, 1998)
Bunlardan başlıcaları, Adapazarı kent merkezinin güneyindeki Erenler tepesi (75 m), Alibey tepesi (112 m), ve güneydoğusundaki Tersiye tepesi (85 m)’ dir. Ovanın yüksekliği NE istikametinde ‰ 0.5, NW istikametinde ise ‰ 2’ lik bir eğimle azalma göstermektedir. Ovayı esas olarak güneyden kuzeye doğru akan Sakarya Nehri ve doğudan güneye doğru akan Mudurnu suyu sulamaktadır. Sakarya Nehri ovada kıvrımlar yaparak akmaktadır.
Adapazarı Ova’ sı derelerin getirip biriktirdiği kalın alüvyondan ibarettir (Şekil 1.3).
Şehrin güneyinde Kretase yaşlı flişler yer almaktadır. Batıda ise bu formasyonlar üzerine Eosen yaşlı kireçtaşlarının geldiği görülmektedir. Ovanın kuzeyindeki tepeler Devoniyen yaşlı, kırmızı renkli, killi şist ve kumtaşlarından oluşmaktadır. Daha yukarılarda bu tabakalar Üst Kretase yaşlı kireçtaşları ile örtülmektedir. Yeraltı suyu alüvyon içinde çok yüksek seviyede, bazı kısımlarda ise batak durumundadır (Sünbül, 2004).
Adapazarı eski bir göl yatağı olan sedimanter bir basen kenarında kuruludur. Şehrin güney bölümü sığ ve sert zeminler üzerinde yer alırken kuzeyde yer alan daha büyük
10
ve nispeten Sakarya Nehri ve kolları tarafından taşınarak derin göl çökelleri üzerine istiflenmiş olan kuvarterner alüvyon zeminler üzerine oturmaktadır. Adapazarı, Akyazı ve Hendek ovalarını oluşturan bu birim tutturulmamış kum, silt, kil ve çakıldan oluşmaktadır. Bölgede bulunan jeolojik birimleri gösteren 1/100.000 ölçekli jeoloji haritası (MTA, 1998) Şekil 1.3’ de verilmiştir.
Şekil 1.3. Adapazarı Merkez Jeoloji Haritası (MTA, 1998)
Ana kaya formasyonu sedimenter zeminler altında kuzey istikametinde alçalarak kent sınırları içerisinde 200 metre civarındaki derinliklere ulaşmaktadır. Kentin derin alüvyonlar üzerinde yer alan kesiminde yüzeyden itibaren yaklaşık 15 metre derinlik içerisinde yer alan zeminler, genel olarak yer yer kil ve çakıl bantları içeren ince kum, silt ve kilin farklı oranlarından oluşmaktadır. Kentin alüvyon zeminler üzerindeki kesiminde yer altı su seviyesi yüksek olup 0,2–3 m arasındaki derinliklerde seyretmektedir. Daha aşağıda ise göl çökellerinin oluşturduğu kalın kil tabakaları yer almaktadır.
Alüvyonu oluşturan gereçler Sakarya Nehri, Çark suyu ve Mudurnu çayı tarafından Kuzey Anadolu Fay Zonu ve güneyindeki kayalardan taşınmıştır. Alüvyon kalınlığı Komazawa ve diğ. (2001), tarafından yapılan gravite ölçümleri sonucunda 1000- 1500 m. olarak tespit edilmiş ve yine bu çalışmalar sonucunda kent merkezinde sağlam zeminin yaklaşık olarak 1 km. derinde olduğu belirlenmiştir. MTA, (1998) tarafından yapılan çalışmalarda ise ova kenarlarında düşük olan alüvyon kalınlığının, ovanın ortalarında 150 m. kalınlığa ulaştığı görülmüştür. Yine aynı çalışma kapsamında, DSĐ’ nin katkılarıyla Yenigün mahallesinde yapılan 200 m.lik sondaj çalışmasında alüvyon içinde kalınmıştır.
Genellikle akarsu ağızlarında sellenme ile oluşan ve genellikle ovanın güney sınırında Geyve Boğazı çıkışının sağ yamaçlarında yüzeylenen silt, kum, çakıl ve bloklardan meydana gelen alüvyon yelpazeleri (Qye) bu birimin bir alt üyesi olarak düşünülebilir.
1.2.4. Adapazarı tektoniği ve bölgesel faylar
Bölge doğudan batıya uzanan Kuzey Anadolu Fayı (KAF)’ ından dolayı tektonik açıdan aktif konumdadır. Bu hat üzerinde yer alan Adapazarı ile ilgili deprem kayıtları incelendiğinde bölgenin oldukça yüksek bir sismisiteye sahip olduğu görülmektedir (Eroğlu, 2000).
Ayrıca Adapazarı kenti kalınca bir alüvyal bir dolgu yani zayıf zeminde yer alması nedeniyle muhtelif tarihlerde meydana gelmiş şiddetli depremlerde büyük hasar görmüştür. Jeoloji ve yerel zemin koşularından dolayı, deprem sırasında sıvılaşma ve zemin büyütmesi açısından büyük potansiyele sahiptir.
Şekil 1.4’ de araştırma alanı ve çevresindeki faylar ve Plio-Kuvaterner havza çökellerinin dağılımı gösterilmiş ve son depremlerde kırılan faylar tespit edilmiştir.
12
Şekil 1.4. Adapazarı ve çevresi neotektonik haritası (Koçyiğit ve diğ, 1999)
Emre ve diğ. (1998), çalışma alanının güneybatısında bulunan Đzmit-Sapanca oluğunu ve güneyde bulunan Samanlı Dağları’ nı Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) olarak nitelendirmişlerdir. Yaptıkları çalışmaya göre Erken-Orta Miyosende peneplenleşme aşaması geçirmiş, geç Miyosen ve geç Pliyosen arasındaki devrelerde K-G yönlü bir sıkışma ve sürecine girmiş bunun sonucunda da kıvrım ve doğrultu atımlı faylarla bölgesel tümden yükselme meydan gelmiştir. Geç Pliyosen’ in sonlarında KAF’ ın belirlenmesi ile günümüze kadar Đzmit-Sapanca oluğu doğrultu atım deformasyonlarına, Adapazarı havzası çek-ayır mekanizması sürecine, Samanlı Dağları ise yükselme eğilimine girmişlerdir.
Baykal (1943), Adapazarı kuzeyinde Devonien’ e ait tepelerin eteğinden Karaboğaz, Karakamış kuzeyi ve Dağdibi kuzey kenarı boyunca E-W hattında geçen gömülü bir fayın varlığını ileri sürmüşlerdir. DSĐ tarafından yapılan rezistivite etüdü sırasında (Doğan, 1968), Sakarya Nehri yatağına paralel olarak uzanan sonra kuzeydoğuya yönelen ve güneyde ise SW istikametine devam eden diğer bir gömülü fayın varlığını saptamışlardır. Keleş (1974), tarafından yapılan rezistivite etüdü sonucunda diğer bir
gömülü fayın Sapanca Oluğu’ nun kuzey kenarı boyunca ve Beşköprü vadisinin güneyinde uzanmakta olduğu tespit edilmiştir.
ĐTÜ (1999), Kuzey Andolu Fay Zonu’ nun kuzeyinde kalan bölgelerin güneye oranla topografik açıdan daha daha yüksekte kaldığını, doğrultu atımlı fay zonlarının karakteristik özelliklerinden olan S biçimli dere yataklarının oluştuğunu derelerin ötelendiğini, çok sayıda kütlesel hareketin ve su kaynağının ortaya çıktığını öne sürmektedir.
1.2.5. Adapazarı zeminlerinin geoteknik özellikleri
17 Ağustos 1999 Marmara depremi öncesinde çok fazla bilimsel veriye sahip olmayan Adapazarı, deprem sonrası yapılan birçok çalışma sonucunda geçerli verilere sahip olmuştur.
Genel yapı itibarıyla Adapazarı zeminleri 17 Ağustos 1999 depreminde sıvılaşmış ve taşıma gücü kayıplarına uğramıştır (Erken, 2001). Sıvılaşma ile yapılarda dönmeler, batmalar ve ötelenmeler meydana gelmiştir. Zayıf zeminler üzerine kurulu olan Adapazarı’ nda en büyük hasar ilçe merkezinde meydana gelmiştir. Sıvılaşma potansiyeli yüksek olan, konsolidasyon süreçlerini tamamlamamış ve ince tane oranı yüksek olan Adapazarı zeminleri Mw= 7.5 büyüklüğündeki 17 Ağustos 1999 depremini büyük şiddetli olarak yaşamıştır. Bu da büyük yıkımlara neden olmuştur.
Adapazarı’ na komşu ilçeler Sapanca ve Arifiye KAF’ a yakın olmasına rağmen depremden daha az etkilenmiştir. Bunun nedeni bu bölgelerin havza tabanı topoğrafyasının yüksek tepeliklerden olması ve gevşek çökellerin çok ince olmasıdır.
Adapazarı’ nda zemin özelliklerinden dolayı binalarda 2 m ye kadar varan oturmalar gözlenmiştir. Cadde ve sokaklar boyunca gömülü olan kanalizasyon boruları zemin yüzeyine doğru harekete zorlanmıştır. Aynı zamanda da binalar kanalizasyon boşluklarına hareket etmişlerdir.
Adapazarı ilçesi Sakarya havzası içerisinde bulunmaktadır. Havzadaki alüvyonlar jeolojik süreç içerisinde Sakarya Nehri ve Çark Suyu tarafından taşınmıştır. Siltli ve killi tabakaların kalınlığı 3 m’ den başlayıp ilçenin çeşitli yerlerinde 15 m’ yi
14
aşmaktadır. Depremden sonra zorunlu hale getirilen parsel bazında zemin etütlerinin yapılmasıyla ilçenin birçok bölgesinde sondajlar yapılmıştır.
Bol (2003), Adapazarı zeminleriyle ilgili kapsamlı bir araştırma yaparak belli derinliklerde Adapazarı ve Erenler Belediyesini kapsayan 34 mahallede zeminleri TS 1500/2000 hükümlerine göre 15.75 metreye kadar sınıflandırmıştır. Zemin yapısı yorumlanmadan önce, bu 34 mahallenin sınırlarını gösteren bir sayısal harita oluşturulmuştur (Şekil 1.5).
Şekil 1.5. Adapazarı Mahalle Haritası (Bol, 2003)
Sayısal haritada görülen, Kent merkezinin Güney Doğusunda bulunan Maltepe, Yeşiltepe’ nin kuzeyi, Hızırtepe, Bağlar ve Güllük Mahallesinin güney ucu ana kaya üzerindedir. Şekil 1.6 Bol (2003)’ un yapmış olduğu zemin özelliklerinin 11.25 metre derinliğine kadar sınıflandırılmasını göstermektedir.
Şekil 1.6. Belli derinliklerde Adapazarı zemin haritası (Bol, 2003)
16
Şekil 1.6’ daki haritalar yorumlandığında aşağıdaki sonuçlar verilebilir.
Yüzeyden 3.75 metreye kadar olan zemin özellikleri birbirine benzer yapıdadır. Bu tabakalarda kırmızı ile gösterilen CH sınıfı zeminler Adapazarı merkezinde bulunan tepelik sahanın kuzeyinde ve güneyinde ilçe merkezinde büyük bir alana yayılmıştır.
Bu CH sınıfı killer yüzey sularının Adapazarı güneyinin tepelik kısımlarını teşkil eden Akveren formasyonunun (KTa) içerdiği killi kireçtaşı, marn, kil taşı, silt taşı gibi kayaçların ayrışma ürünü olan ince malzemeyi tepelerin eteklerine biriktirmesi şeklinde oluşmuşlardır.
Şehrin kuzey ve doğu bölgesinde ML sınıfı killer hakimdir ve kuzey ucunda yer yer CL sınıfında killer göze çarpmaktadır. Tabaka-1 ve Tabaka-2’ de kumlar çok kısıtlı bir alanı kaplamaktadır. Kumların kapladığı alan Sakarya Nehri’ nin bulunduğu bölgeye yakın olmasından dolayı belli dönemlerdeki taşkınlar sebebiyle bu bölgelerde kum birikmeleri oluşmuş olmalıdır.
Bol (2003)’ e göre taşkın suları kentin içine ok1 yönünde girmekte taşkın debisi çok yüksek olmadığı zamanlarda ok2 ile gösterilen doğrultuda bir menderes yaparak bölgeden uzaklaşmaktadır. Ya da A-A’ bölgesinde topoğrafik bir engelle karşılaştığından TA bölgesinde birikmekte ve zamanla çekilmekteydi. Taşkın alanı olarak adlandırılan bu alanda yeşil renkle gösterilen ML sınıfı siltlerin egemen olduğu görülmektedir. Kimi zaman ise A-A’ engeli aşılmakta ve ok3 yönünde ovanın günümüzde bile diğer yerlere nazaran daha alçak bölgelerine doğru yayılmaktadır.
2.26-3.75 metreleri karakterize eden harita incelendiğinde 1, 2 ve 3 bölgelerinde sellenmeden dolayı kumlanma görülmektedir.
3.26-5.25 metre derinlikte Tabaka-1 ve Tabaka-2 deki CH zeminleri yerini CL sınıfı zeminlerine bırakmıştır fakat CH sınıfı zeminler bu bölgede yer yer kendini göstermektedir. Kuzey uçta yoğun bir şekilde kum tabakası belirmiştir. Doğu ve Kuzeydoğu bölgelerinde ML sınıfı zeminler hakimdir. Bu bölgede de CL sınıfı zeminler yer yer bulunmaktadır. Güneydoğu tarafında ve kentin tam ortasında ise kum tabakası belirmiştir. Bu derinlikte göze çarpan kenti yaklaşık olarak güneydoğu- kuzeybatı doğrultusunda ikiye bölen bir kum tabakasının belirmesidir. Bu kumlar
daha alt tabakalarda belirgin bir şekilde ortaya çıkacak olan bir akarsu yatağının üst kısımlarının belirtisidir. Söz konusu bu kanal geçmişte Sakarya Nehri’ nin bu güzargahtan akmış olduğunun göstergesidir. Bu tabakada gösterilen 4 ve 5 nolu bölgeler daha alttaki bir nehir kanalı dolgusunun üst kısımlarını işaret etmektedir.
5.26-6.75 metre derinlikte bir kanal şeklinde kum tabakası belirmektedir. Bu da bu bölgede bir nehir yatağının varlığına işarettir. Bu kum tabakasının bu derinlikte kent merkezinin içinden geçerek güneydoğu – kuzeybatı istikametinde belirdiği söylenebilir. Bu derinlikte de Kuzeydoğu bölgelerinde ML sınıfı zeminler hakimdir ve yer yer CL sınıfı zeminler görülmektedir. Akarsu bu derinlikte kanal malzemesini teşkil eden kum ve iri kum boyutundaki malzemeyi bu kısma depolamıştır. Aynı zamanda 2 nolu bölge olarak gösterilen kısımda da bir nehir kanalının faaliyeti sonucu yığmış olduğu kumlar belirmekte, kumların yayılımından bu kısımda etkin olan nehrin güneyden kuzeye doğru akan bir nehir olduğu bununla birlikte 1 nolu kanalla devamlı bir bağlantısı olmadığı söylenebilir. Ancak 2 nolu nehir kolu yüksek debili olduğu zamanlarda ok3 ile gösterilen kısım ile 1 nolu nehir kanalına bağlandığı yorumlanabilir. Bununla birlikte 4 nolu bölgede 1 nolu nehrin küçük bir uzantısının olduğu gözlemlenmiştir.
6.76-8.25 metre derinlikte, kuzeydoğu bölgelerinde CL tipi zeminler belirginleşmekte ve yer yer CH tipi zeminler görülmektedir. Bu tabakada kum, kil, silt cinsi zeminler belli bölgelerde yoğun olarak bulunmaktadır. Bu derinliklerde batıda görülen kanalın sürekliliği göze çarpmaktadır. 1 nolu kanal güneyden gelmekte ve bir menderes büklümü yaparak doğuya doğru yönelmektedir. Taşkın anlarında ise ok3 yönüyle gösterilen kanal yardımıyla fazla sularını 1 nolu kanala aktarmaktadır. Bu şekilde bir diğer özellik olarak 1 ve 2 nolu kanallar arasında kalan bölgenin, 2 nolu bölgenin batıyı çevrelediği düşünülürse CH ve CI killerin egemen olduğu bir ada şeklinde kalmış olması açıklanabilir.
8.26-9.75 metre derinliklerde, kuzeydoğu bölgelerinde CL sınıfı zeminler hakimdir.
Yer yer CH sınıfı zeminler görülmektedir. Batı bölgelerinde kum tabakası iyice belirginleşmiştir ve bu kum tabakasının doğusunda ML sınıfı zeminler görülmektedir. Bu derinliklerde yukarıdaki tabakalarda doğuda beliren kanalın
18
ortadan kalktığı ve bu hattın ancak üstteki kanalın alt tabanını temsil eden bölgesel kumlardan ibaret olduğu ortaya çıkmaktadır (ok1). Bununla birlikte bu seviyede kumların ok3 ile gösterilen doğrultuda sıralanmış olması yeni bir kanalı temsil edecek oluşumun ortaya çıktığını işaret etmektedir.
9.76-1.25 metre derinlikte ise batıdaki kanal devamlılığını korumaktadır. Doğudaki hakim CL sınıfı zeminlere ML türü zeminler sokulmakta ve CH türü zeminler varlığını kaybetmektedir. Bu seviyede güneydeki kanal kendini iyice belli etmiş ve kuzeydoğu istikametine yönelmiştir. Bu arada ok4 ile gösterilen doğrultuda killerin arasında bir kanal şeklinde siltler belirmiş, doğuya doğru ise bu silt kanalı genişleyerek sınırları yaklaşık belli olan bir bölge haline gelmiştir.
17 Ağustos 1999 Depremi’ nden sonra Adapazarı şehrinde yapılan çalışma ile depremden etkilenerek zarar gören hasarlı yapılar; tam hasarlı, yarı hasarlı, az hasarlı ve hasarsız ya da çok az hasarlı olmak üzere dört hasar sınıfında listelenmiştir.
Yapılan listeleme sonunda meydana gelen toplulaşmaya bağlı olarak mahalle ve semtler aynı hasar tanımlaması ile gruplandırılmıştır ( Tablo 1.1).
Tablo 1.1. Adapazarı Kenti Hasar Durumu (Turoğlu, 2004)
17 Ağustos1999 Marmara Depremi’ nde Adapazarı kentinde yıkımların yoğun olarak yaşandığı ve çalışmada örnek bölge olarak seçilen Yenigün mahallesi ile ilgili TS 1500/2000 hükümlerine göre hazırlanan zemin sınıflaması Tablo 1.2 de verilmiştir (Öztürk, 2006).
Tablo 1.2. TS 1500/2000 Hükümlerine göre örnek bölgelerdeki mevcut zemin sınıfı (Öztürk, 2006)
Mahalle Hakim Zemin Sınıfı TS (1500/2000)
Ortalama YASS (m)
Ortalama σ (kg/cm2) Yenigün 0.00-2.50 m. 2.60-5.00 m. 5.10-7.50 m. 7.60-10.00 m.
CL/ML ML/SM SM SM/CL 1.93 0.71
Tabloda kırmızı ile gösterilen ilk simgeler; o derinlikteki hakim zemin sınıfını, ikinci simgeler; ikinci dereceden hakim zemin sınıfını, toplam şeklinde yazılan simgeler ise; ilki diğerine göre daha hakim fakat birbirine yakın yoğunluktaki zemin sınıflarını göstermektedir. Çift simgeli, örneğin; SP-SM, SW-SM gibi zeminler mevcut derinliklerde bulunmaktadır fakat yoğunluğu az olduğu için SM zemin sınıfına dahil edilmiştir.
Tabloda da görüldüğü gibi ilk 5 metrede siltli ve killi zeminler hakimdir. 5 -10 metre derinliklerde ise hakim olarak kumlu zeminler görülmektedir. SM simgesiyle gösterilen ve siltli kum olarak adlandırılan zeminlerin varlığı düşük plastisiteli siltlerle (ML) beraber bu derinlikte hakim olarak görülmektedir. Bu tarz zeminlerin varlığı sıvılaşmada önemli rol oynamaktadır.
BÖLÜM 2. ZEMĐN SIVILAŞMASI
2.1. Giriş
Depremler sırasında hasara neden olan en önemli faktörlerden biri suya doygun, gevşek ve kohezyonsuz zeminlerde statik ya da dinamik yüklerin etkisiyle zeminin sıvılaşması olayıdır. Sıvılaşma; genel olarak zemine uygulanan dinamik yüklerin etkisi ile zemindeki boşluk suyu basıncının artışına bağlı olarak efektif gerilmelerin sıfıra düşmesi ve zeminin dayanımını yitirmesi olarak algılanabilir.
Depremde kumların sıvılaşması tarih boyunca kaydedilmiş ancak 1950’ li yıllara kadar bilimsel olarak ele alınmamıştır. Aynı şekilde birçok yayında sıvılaşma dolaylı olarak tanımlanmış ancak bu tanımlamalara direkt olarak sıvılaşma denilmemiştir (Hazen, 1920; Terzaghi, 1925).
Sıvılaşma terimi, bilimsel literatürde ilk olarak Mogami ve Kubo (1953) tarafından kohezyonsuz zeminlerde drenajsız şartlar altındaki tekrarlı örselenmelerden kaynaklanan zemin deformasyonlarını tanımlamak amacıyla kullanılmıştır (Kramer, 1996)
Yine benzer bir tanımlamayla sıvılaşma olayı, suya doygun ince taneli kumlu ve siltli zeminlerin, deprem titreşimleri sırasında boşluk suyu basıncı değerinin artması ile efektif gerilmenin sıfır olması sonucu, zeminin bir sıvı haline dönüşmesi olarak tanımlanmaktadır (Youd, 1995.). Doygun ve gevşek bir kum depoziti, deprem gibi bir dinamik yük ya da herhangi bir zemin titreşimine bağlı olarak daha sıkı duruma geçme eğilimi gösterir. Drenajsız koşulda gerçekleşecek olan bu hacimsel azalma daneler arasındaki su tarafından engellenmeye çalışılmakta ancak suyun sıkışabilme özelliği düşük olduğundan boşluk suyu basıncı hızla artmaktadır. Boşluk suyu
basıncının artmasıyla daneler birbirinden ayrılma eğilimi göstermekte ve boşluk suyu içinde askıda kalan daneler nedeniyle zemin bir sıvı gibi davranmaktadır.
Zeminde sıvılaşmaya neden olan etkiler, sismik dalgalar olup özellikle de makaslama dalgalarıdır (Youd, 1992). Bu dalgalar suya doygun taneli tabakalardan geçerken oluşturdukları ilave su basıncı ile tanecikli yapıyı bozar ve zeminin dayanımını yitirmesine neden olurlar. Bir sarsıntı sonucunda zemin tanelerinde meydana gelen değişme Şekil 2.1’ de gösterilmiştir.
a. Doygun, gevşek kum b. Sarsıntı Durumu c. Drenaj Sonrası Durum
Şekil 2.1. Sarsıntı sonucunda zemin numunelerinde meydana gelen değişme (Bhattacharya, 2007)
Zemini oluşturan bütün taneler birbiri ile temas halindedir ve taneler arasındaki bu temas yüzeylerinde temas kuvvetleri mevcuttur. Taneler arasındaki bu boşluklar, suya doygun zeminlerde su ile doludur (Şekil 2.1.a). Boşluklar arasındaki bu suyun tanelere yaptığı basınç boşluk suyu basıncı olarak tanımlanmaktadır. Normal şartlarda taneler birkaç noktadan birbiri ile temas içindedir ve taşıma gücü de yüksektir. Zeminin taşıma gücü, tanelerin temas noktalarının fazlalığıyla doğru orantılıdır. Özellikle deprem gibi olaylar, taneler arasındaki boşluk suyu basıncını arttırır ve taneler arasındaki temas kuvveti zayıflar. Deprem sırasında taneler arasında yer alan bu suyun drene olması için yeterli süre olmadığından, zemin sismik dalgalar öncesindeki denge durumuna kavuşamadan boşluk suyu basıncında ani bir artış meydana gelir. Buna bağlı olarak ta basınç altındaki su, birbirinden ayrılan taneler arasından yüzeye doğru yükselir. Bu koşullar altında gözenekli zemin, deprem öncesinde gösterdiği katı malzeme davranışı yerine, geçici olarak bir sıvı gibi davranarak yüzeye doğru hareket eder. Đşte bu durum sıvılaşma olarak tanımlanır.
22
2.2. Kumların Yükleme Altındaki Davranışı
1964 Niigata ve Alaska depremlerinde kumlarda görülen sıvılaşma ile birlikte bu konuyla ilgili çalışmalar başlamıştır. 1960’ lı yılların başlarında Seed ve Lee (1966) sıvılaşma davranışını gözlemlemek için deneyler yapmış ve sıvılaşma çalışmalarında ilk olarak dinamik üç eksenli deneyi kullanmışlardır. Lee ve Seed (1967) dinamik üç eksenli deney sonuçlarından olayın bugün içinde gerçekçi olan sonuçlarını özetleyen şu bulguları vermişlerdir. 1. tekrarlı yük uygulamaları suya doygun kumlarda geniş bir birim hacim ağırlık aralığında kısmi veya tam sıvılaşma oluşturur. 2. Çevrimsel gerilmenin veya birim deformasyonun düzeyi arttıkça yenilme veya sıvılaşma için gerekli çevrim sayısı azalır. 3. kumun altında bulunduğu çevre basıncı ne denli düşükse sıvılaşma için gerekli çevrim sayısı onunla orantılı biçimde azalır. 4.
değişmez genlikte çevrimsel gerilme alan gevşek kumlarda sıvılaşmanın hemen ardından büyük şekil değiştirmeleri belirir. 5. Sıkı kumlar bir efektif çevre gerilmesinde deformasyona karşı direnç gösterirken deformasyon genliğinin belirli aralıklarında kısmi sıvılaşmaya uğrayabilir. Bu durum aynı büyüklükte olmasa da başka birim deformasyonlarda da belirebilir. Böylece, bu tür ortamda kısmi sıvılaşma ve yenilme tarifinin açık biçimde yapılması bir zorunluluktur. 6. başlangıçta gerilme altında olmayan kum elemanının yenilme veya sıvılaşması için gerekli çevrim sayısı gerilme altında olana oranla çok daha düşüktür.
Seed ve Idriss (1967), Lee ve Seed (1967) laboratuarda temiz kum numuneleri üzerinde tekrarlı yükler altında yapılan drenajsız deneylerde sıkılığa bağlı olarak iki tür davranış gözlemlemiştir. Gevşek kumlarda tekrarlı yükler altında boşluk suyu basıncı ani artış göstererek efektif gerilmeye eşit olmuş zemin sıvılaştığı için büyük şekil değiştirme göstererek kayma mukavemetini kaybetmiştir. Suya doygun sıkı kumlarda ise yükleme çevriminin bir aşamasında boşluk suyu basıncının efektif gerilmeye eşit değere ulaşmasına karşın zeminin genleşmeye çalışması ile boşluk suyu basıncı azalarak numune tekrarlı yüke karşı bir dayanım kazanmakta ve bu olaya da ön sıvılaşma denmektedir.
Seed ve Lee (1966) sıvılaşma, başlangıç sıvılaşması, sınırlı deformasyon sıvılaşması, çevrimsel hareketlilik veya çevrimsel sıvılaşma terimlerinin tanımını yapmıştır.
Sıvılaşmayı bir zemini sabit düşük bir kalıntı direnç durumunda deformasyon alması halinde aşırı boşluk suyu basıncının oluşması ve bundan dolayı efektif çevre basıncının düşmesi olarak tanımlarlar. Bu tüp sıvılaşma statik ya da dinamik yüklemeyle oluşabilmektedir. Araştırmacılar başlangıç sıvılaşmasını dinamik yükleme sırasında boşluk suyu basıncının uygulanan çevre basıncına eşit olması durumu olarak tanımlarlar. Sınırlı deformasyon sıvılaşması çevrimsel hareketlilik ya da çevrimsel sıvılaşma ise dinamik yüklemenin uygulanmasıyla oluşan başlangıç sıvılaşmasının ardından oluşan sınırlı deformasyonların gelişmesidir. Sınırlı deformasyonun nedeni olarak da deformasyona direnmek için zeminde hala direncin mevcut olması ya da zeminin genleşmesi nedeniyle boşluk suyu basıncının düşmesi ve uygulanan yükleme altında zeminin direnç kayması gösterilmektedir.
Castro (1975) çalışmasında kumlarda dinamik üç eksenli deney sonuçları ile arazide ölçülen standart penetrasyon direncini karşılaştırmıştır. Laboratuarda yapılan deney sonuçlarından iki temel olay ayırtlanmıştır. Birincisi önceden tanımlanan gevşek kumlardaki klasik sıvılaşma ikincisi ise dinamik üç eksenli ve dinamik basit kesme deneyleri sırasında oluşan çevrimsel hareketliliktir. Bu araştırmacı sıvılaşmanın sadece gevşek kumlarda kritik boşluk oranından daha büyük boşluk oranlarında çevrimsel hareketliliğin ise doğal boşluk oranının kritik boşluk oranı değerinin altında olan zeminlerde oluşabileceğini öne sürmüştür. sıvılaşmada dinamik yükleme sırasında hacim azalması nedeniyle gevşek kumlarda boşluk suyu basıncının efektif gerilmeyi sıfıra düşürdüğünü söylemiştir. Çevrimsel hareketlilikte ise dinamik yükleme altındaki sıkı kumlarda kesme sırasında zeminin genleşme eğilimi olduğunu ve bu genleşme eğilimi yüzünden boşluk suyu basıncının düştüğünü şekil değiştirmenin bu nedenle sınırlı olduğunu söylemiştir.
Castro ve Paulos (1977) sıvılaşma ile çevrimsel hareketlilik arasındaki farkı anlatmak için Şekil 2.2’ yi vermiştir. Kritik boşluk oranı sabit durum çizgisi ile çizilmiştir. C zeminin boşluk oranı kararlı durum çizgisinin sağında ve üstünde ise hacimsel azalma oluştuğunu dolayısıyla sıvılaşmanın belirdiğini söylemişlerdir.
24
Şekil 2.2. Kumların Gerilme Altındaki Davranışı (Castro ve Paulos, 1977
C noktasında olduğu gibi tekdüze ya da dinamik yükleme durumunda pozitif boşluk suyu basıncı oluşmakta ve A noktasına doğru hareket edilmektedir. A noktası akma sıvılaşmasının başladığı yerdir. Öte yandan zeminin boşluk oranı kararlı durum çizgisinin altında ise genleşme oluşmaktadır. Şekil 2.2 de görüldüğü gibi D noktası kararlı durum çizgisinin altında iken drenajsız dinamik yükleme sırasında B noktasına doğru ilerleyecektir. Dinamik yükleme sırasında deformasyonlar gelişecek ve numune yumuşayacaktır. Deformasyonların yeterince büyüdüğü bu duruma çevrimsel hareketlilik denilmektedir. Q noktası ise kum kaynaması durumunu göstermektedir. Bu durum kumun direncinin kalmadığı ve hacimsel değişimin oluşmadığı evreyi göstermektedir.
Taheri (1980) sıvılaşma olasılığının hesaplanması ile ilgili olarak gevşek Ottowa kumunu kullanarak yaptığı dinamik üç eksenli deneylerinde birçok parametrenin zemin sıvılaşmasını kontrol ettiğini gözlemlemiştir. Bunlar zeminin boşluk oranı, uygulanan hücre basıncı, dinamik yük ve çevrim sayısı olarak sıralanabilir.
Numunelerin yüksek boşluk oranında kolay sıvılaştığını, düşük hücre basıncında ise kolay sıvılaşma ihtimali olduğunu deviatör gerilme büyüklüğünün sıvılaşma için gerekli çevrim sayısını azalttığını söylemiştir. Ladd (1977), Kramer ve Seed (1988) dinamik üç eksenli deney sonuçlarının relatif sıkılık, numune (Ishihara, 1977; 1996),
Youd, 1992) uniformluğu, numunenin örselenme derecesi, numunenin aldığı gerilme ve numunenin içyapısından etkilendiğini gözlemlemişlerdir.
Koester (1992) sıvılaşma sürecini gevşek iri daneli zeminler tekrarlı yükleme altında daha sıkı bir dizilime geçme eğilimi gösterirler. Ortam doygun ise etkiyen dış gerilmeler bir süre için drenaj koşullarına bağlı olarak zemin iskeletinden boşluk suyuna aktarılır. Yükselmiş boşluk suyu basıncı efektif gerilmeyi düşürdüğünden etkimekte olan gerilmeler büyük şekil değiştirmeler oluşturur şeklinde açıklamaktadır.
Diğer taraftan Singh (1994) plastik siltlerde önemli boşluk suyu basıncı artışlarından önce çevrimsel hareketliliğin geliştiğini öne sürmüştür. Kil içermeyen deney numunelerinde boşluk suyu basıncının oluşmasından sonra çevrimsel hareketliliğin oluştuğu gözlemlenirken kil yüzdesi %10-16 olan plastik davranış gösteren numunelerde boşluk suyu basıncı oranı %100 değerine ulaşmadan çevrimsel hareketliliğin belirdiğini bildirmiştir.
Pradhan ve diğ. (1995) üç farklı tipte kum numunesi üzerinde drenajsız dinamik üç eksenli deney yapmış ve ince tane içeriğinin sıvılaşma üzerindeki etkisini incelemişlerdir. Yapılan deney sonuçlarından ince tane içeriğinin %15 e kadar sıvılaşma potansiyeli üzerinde önemli bir değişim göstermediğini; sıkılığın bozulmasıyla oluşan akma deformasyonunun boşluk suyu basıncının yüksek olduğu değerlerde görüldüğünü belirtmişlerdir. Ayrıca sıvılaşma süresince kumdaki ince tane yüzdesinin akma deformasyonuna direnç gösterdiğini ve ince tane içeriği fazla olan kumlarda sıvılaşma ile yitirilmiş rijitliğin daha hızlı olarak geri kazanıldığını bildirmişlerdir.
Hussein (1995) sıkı kumlarda kesme sırasında genleşme eğiliminin yani hacim artışının boşluk suyu basıncının azalmasına neden olduğunu ve dolayısıyla efektif gerilmenin arttığını söylemiştir. Sıvılaşma ve çevrimsel hareketliliğin tanımını Castro (1975) ve Castro ve Paulos (1977) ye benzer şekilde vermiştir. Çalışmasında plastik olmayan siltlerin dinamik davranışının kumlara benzediği, plastik siltlerin ise davranışın bakımından çeşitlilik gösterdiği sonucuna varmıştır.
26
Robertson ve Wride (1998) sıvılaşma terimini akma sıvılaşması ve çevrimsel yumuşama olarak ikiye ayırmıştır. Çevrimsel yumuşamayı ise kendi içinde çevrimsel sıvılaşma ve çevrimsel hareketlilik olarak ayırmıştır. Akma sıvılaşmasını, drenajsız yükleme durumunda deformasyon yumuşaması olarak vermiştir. Bu olayı tekdüze ve dinamik yüklemenin tetikleyebileceğini söylemiştir. Çevrimsel yumuşama, deformasyon yumuşaması ve deformasyon pekleşmesi olarak verilmiştir. Çevrimsel sıvılaşmanın drenajsız dinamik yükleme ile efektif gerilmenin sıfıra ulaşması veya kayma gerilmesinin ters yönde dönmesi durumunda geliştiğini belirtirken diğer yandan çevrimsel hareketliliği drenajsız dinamik yükleme ile kayma gerilmesinin daima sıfırdan büyük veya kayma gerilmesini geri dönmemesi olarak verilmiştir.
Ishihara (1996) sıvılaşma tanımını kohezyonusz zeminlerde yapmıştır. Gevşek kumlarda oluşan başlangıç sıvılaşması büyük deformasyonların olduğu yumuşama durumunda boşluk suyu basıncı oranı r unun %100 değerine ulaşması sırasında direncin tamamen kaybolması durumu olarak tanımlamıştır. Orta sıkı ve sıkı kumların yumuşaması durumunda görülen sınırlı sıvılaşma, çevrimsel yumuşama veya çevrimsel hareketlilik olayının ayrımını ise +-%2,5 eksenel deformasyon seviyesinin eşlik ettiği, boşluk suyu basıncının %100 değerine ulaştığı ancak büyük deformasyonların oluşmadığı ve direncin tamamının kaybolmadığı durum olarak yapmıştır. Siltli kumlar veya kumlu siltlerde plastik ince tanelerin sıvılaşmaya etkisi olduğunu söylemiştir. Plasitsite göstermeyen siltli zeminlerin temiz kumlar gibi kolaylıkla sıvılaşabildiklerini, kohezyonlu ince tanelerin de siltli zeminlerin dinamik direnci arttırdığını teyit etmiştir. Killi zeminler doygun olsalar dahi bunların dinamik yükleme sırasında dirençlerini yitirmeyebileceklerini, aksine dinamik yükleme sırasında drenajsız dirençlerinin statik koşullardaki dirençten daha yüksek olabileceğini, dinamik yükleme altında killi zeminlerin davranışının da çevrim sayısı ile deformasyon arasındaki ilişkilerin tanımlanabileceğini öne sürmüştür.
Kramer (1996) sıvılaşma olayını basitçe akma sıvılaşması ve çevrimsel hareketlilik olarak ikiye ayırmıştır. Akma sıvılaşmasını, zemin kütlesinin statik dengesi için gerekli kayma gerilmesinin zeminin sıvılaşmış haldeki kayma dayanımından büyük olduğu; çevrimsel hareketliliğin ise statik kayma gerilmesinin zeminin sıvılaşmış haldeki kayma dayanımından küçük kaldığı durumlar olarak tanımlamıştır. Akma
sıvılaşmasının oluşmasında statik kayma gerilmelerinin rol oynadığını, çevrimsel hareketlilikte hem dinamik hem de statik kayma gerilmelerinin rol oynadığını öne sürmüştür.
Andrews (1997) plastik siltlerdeki boşluk suyu rejiminin ve çevrimsel hareketliliğin plastik olmayan siltlerden farklı olduğunu belirtmiştir. Plastik siltlerde çevrimsel hareketliliğin önemli boşluk suyu basıncı artışından önce geliştiğinin oysa nonplastik siltlerde çevrimsel hareketliliğin temiz kumlardaki gibi fazla boşluk suyu basıncı oluştuktan sonra belirdiğini söylemiştir. Plastik olmayan siltli zeminde boşluk suyu basıncı oranının %100 e ulaşması durumuna sıvılaşma derken plastik siltte gözlenen sıvılaşmayı klasik anlamda sıvılaşma olmadığını daha ziyade %100 boşluk suyu basıncı oranının oluşmaması durumu için çevrimsel hareketlilik olarak tanımlamıştır.
Çevrimsel hareketlilik gri bir alandır. Bu olay plastisite gösteren profillerde klasik anlamda sıvılaşma oluşmamasına karşın deprem sırasında önemli deformasyon gösteren zeminlerde gelişebilmektedir.
Polito (1999) laboratuar deneylerinde en genel tanım olan numunedeki boşluk suyu basıncının öncelikle başlangıçtaki efektif gerilmeye eşit olması hali için sıvılaşma terimini kullanmıştır. Akma sıvılaşması ve çevrimsel hareketliliği ise Castro (1975) gibi tanımlamıştır.
Perlea (2000) zeminin sıvılaşmasını daneler arasındaki temasın kaybolmasıyla danelerin su içinde askıda kalması olarak tanımlamıştır. Bu yüzden sıvılaşma hassaslığının, kohezyonsuz ve düşük plastisiteli zeminlerin bir özelliği olduğunu öne sürmüştür.
Kramer ve Elgamal (2001), zemin sıvılaşmasının karmaşık bir olay olduğunu ve birçok araştırmacının sıvılaşmayı farklı açılardan değerlendirdiğini belirtmiştir. Son yıllarda sıvılaşmayla ilgili terimlerin uyuşmazlıkları yüzünden yayınlarında sıvılaşmayla ilgili terminolojiyi yeniden tanımlamışlardır. Onlara göre akma sıvılaşması; statik dengeyi sağlamak için gerekli gerilmenin zeminin kalıntı direncinden yüksek olduğu durumdur. Akma sıvılaşması bu nedenle sadece düşük kalıntı dirence sahip gevşek zeminlerde oluşabilir. Bu tür sıvılaşma çok büyük
28
deformasyonlar oluşturabilir. Ancak bu deformasyonların statik kayma gerilmelerince oluşturulduğu unutulmamalıdır. Akma sıvılaşması doğa ve laboratuarda statik ve dinamik yüklemeyle oluşabilir. Laboratuarda akma sıvılaşması deneylerini gerilme kontrollü yükleme ile yapmak uygun olur. Gerilme kontrollü tekdüze yüklemeli bir deneyde artan deviatör gerilmeyle boşluk suyu basıncı da artmaktadır. Deformasyon seviyesinin küçük olduğu durumda deviatör gerilme doruk noktasına ulaştır. Deviatör gerilme doruk noktasına ulaştıktan sonra deformasyon oranı ve boşluk suyu basıncı hızla artmaktadır. Böylece akma sıvılaşmasının deviatör gerilmenin doruk noktasına ulaştığı noktada başladığı söylenebilmektedir. Zemin iskeletin yapısı, mevcut direncin kalıntı dirence eşit olmasına kadar bozulmaktadır.
Devaitör gerilmenin kalıntı dirençten daha büyük olması durumunda numune statik dengede kalmayabilir ve sıvılaşma gelişir. Çevrimsel hareketlilik ise statik kayma gerilmesinin kalıntı dirençten küçük olduğu durumda görülebilmektedir. Dinamik kayma gerilmesi uygulandığında ortamda aşırı boşluk suyu basıncı gelişmektedir. Bu olay doğa da sıkça yanal yayılma biçiminde gözlenir. Yanal yayılma süreci deprem sırasında kalıcı deformasyonların yığışımlı birikmesi ile gerçekleşmektedir. Bu deformasyon değerleri gevşek zeminler yanında sıkı zeminlerde de azımsanmayacak değerlere ulaşabilir
Jefferies ve Been (2006) kumlarda sıvılaşma ve çevrimsel hareketlilik terimlerinin tanımlarını vermişler ve statik ve çevrimsel sıvılaşmanın bir bakıma aynı olay olduğunu öne sürmüşlerdir. Plastik birim kayma şekil değiştirmelerinin birikmesi sırasında oluşan fazla boşluk suyu basınçları sönümlenemediğinden plastik birim hacim değişmelerinin hızla büyüdüğünü, bunun etkisiyle efektif gerilmeler azaldığından zeminin rijitlik ve direncinin aynı oranda düştüğünü ifade etmişlerdir.
Statik ve çevrimsel etkilerden doğan sıvılaşmada farkın plastik birim hacim değişimlerinin ortaya çıkış biçiminden kaynaklandığını söylemişlerdir. Statik sıvılaşma olayında gerekli koşullardan biri gerilme-birim deformasyon-kabarma sürecinde beliren plastik hacimsel birim deformasyonun (єv), uygulanmakta olan gerilmeye direnme sırasında zemin iskeletinin pekleşmesi için yapılan işten büyük olmasıdır. Kritik durumdan daha gevşek her zeminde statik deformasyon gelişebilir.
